教程(六)：GMMX构象搜索

GMMX构象搜索

（一）引言：

• GaussView6 可以使用新增GMMX模块进行构象搜索。

• 一旦GMMX 搜索完成，所有的构象信息将会列出，你可以使用GaussView 6以单个分子组形式打开和查看。同样，你可以查看这些构象的能量。对于大部分研究者来说这是一个非常重要的功能。

• 本文将以丙三醇（甘油）为例，讲解如何使用GMMX进行构象搜索，继而使用第一性原理方法进行优势构象筛选。

（二）计算过程：

1. 分子建模

• 软件版本Gaussian16, GaussView6。使用GaussView6 构建丙三醇分子，如下图：

• 下图左边是构建的初始结构，为了有个良好的初始构型，先使用半经验量子力学PM6方法对其进行结构优化，得到较好的初始构型（下图右）。可以看出，经过PM6方法优化后的结构和最开始画的结构（下图左）有明显区别。

丙三醇的初始结构	PM6优化后的丙三醇结构

• 打开GMMX面板

• 看到如下画面：

• “力场”选项里有三种力场，默认力场是MMFF94，这是一个通用的有机力场，主要设计用于小的类药物有机分子。MMFF力场基于MM3力场，但并没有针对一种用途进行优化，例如模拟蛋白质或小分子，其在有机化学计算中表现均较好。另外两个力场（MMX和MM3）来自Allinger组，与MMFF94在延长共轭处理上有所不同。

GMMX界面及功能

• Method里默认的功能就是构象搜索。能量窗口默认的是3.5 kcal/mol，表示寻找的最低能量构象和最高能量构象的差值小于3.5 kcal/mol。如果勾选Epimers 和 Double Bonds就代表考虑差向异构体和双键的转动。

• 下半部分就是所要旋转的键，可以用Highlight高亮显示出来。

2. 构象搜索计算

• 上图中的参数选好之后，就可以点击submit进行构象搜索了。

• 构象搜索的计算时间随着体系的增大而变长，有些大分子需要计算较长时间。

• 计算好之后GaussView 6 将显示以下界面：

• 打开gly-conformer.sdf，点击Select All得到一系列构象，如下图所示：

丙三醇构象搜索结果文件及所有构象

3. 能量曲线

• 打开GaussView 6 中的Result->Energy Plot，得到上述7个构象的能量曲线。

• 可以看到这7个构象能量相差在3.5 kcal/mol 以内。

4. 使用Gaussian16 中的DFT方法进行最终构象确定（B3LYP/6-31G(d)）

• 批量编辑输入文件

• 设置好计算方法后，点击Assign to Molecule group。

输入文件的批量编辑(a)

• 点击submit选项提交，会让你保存输入文件，此时点击 Advanced，出现如下界面：

• 在Save Molecule Group选项中选择“Yes, separate file for eachmolecule”，给每个构象建立独立文件；此外在Actions选项中选择给每个构象文件增加一个独立编号，这样所有的构象就有一一对应的输入文件了。

• Gaussian 16计算

• 把所建立的7个输入文件提交给Gaussian16进行优化，然后用GaussView6打开，获得7个构象的最终能量如下。可以看出，最稳定结构是4号构象。

• 到此为止就完成了GMMX联合第一性原理计算获得化合物最稳定构象的工作。

（三）知识背景：

• 分子力场介绍

• https://en.wikipedia.org/wiki/Merck_Molecular_Force_Field

• 更多参考可以点击GMMX界面下的help功能。

• 能量窗口的选择需要根据实际情况来选择，比如体系所处的温度、压力和化学环境等。

• 由于当前的提供的分子力场主要基于有机化学体系，因此在含有金属的体系使用时要格外小心，可以通过选择合适的键、键角、二面角来避开金属原子的干扰。